心磷脂调控大黄鱼线粒体β-氧化的机制探究

Cardiolipin is the specific phospholipid in the mitochondrial membrane, which participates in the process of mitochondrial β-oxidation and the regulation of lipid metabolism in mammals. However, the effect of cardiolipin on mitochondrial β-oxidation in fish and its regulation mechanism are still unknown. In the present project, the effects of cardiolipin on mitochondrial β-oxidation and its regulatory mechanisms will be studied in the large yellow croaker, Larimichthys crocea. First, the liver cell models for overexpression and loss of function of Cardiolipin synthase and Tafazzin genes will be established by genes knockout and overexpression techniques. Next, the effects of cardiolipin on mitochondrial structure and biogenesis will be investigate by observing the morphology of mitochondria, and detecting the composition of membrane phospholipids, mitochondrial biogenesis and electron transfer chain complex activity. Furthermore, the regulatory mechanism of cardiolipin on mitochondrial β-oxidation will be determined by detecting the activity and efficiency of key enzymes of mitochondrial β-oxidation, and analyzing the change of AMPK-PGC-1α pathway and its regulatory effect on the key genes of mitochondrial beta-oxidation by binding with PPARα and ERRα. The present project will help to elucidate the molecular mechanism of cardiolipin on regulating mitochondrial β-oxidation in fish, which will furtherly promote the research on the regulatory mechanism of mitochondrial β-oxidation in fish, and support new strategy of the nutritional regulation of abnormal lipid deposition in fish.

心磷脂是线粒体膜特有磷脂，参与调控线粒体β-氧化过程，进而影响脂肪代谢。然而心磷脂对鱼类线粒体β-氧化的影响及其调控机制尚属空白。本项目以大黄鱼为研究对象，围绕心磷脂对鱼类线粒体β-氧化的影响及其调控机制开展研究。首先利用基因敲除和过表达技术构建心磷脂功能研究的离体模型；其次，利用上述模型，通过观测线粒体形态、膜磷脂组成、线粒体增殖和电子传递链复合物活性，探究心磷脂对线粒体结构和功能的影响；最后，通过检测线粒体β-氧化关键酶的活性和β-氧化效率，并分析AMPK-PGC1α通路变化及PGC1α与PPARα、ERRα结合对线粒体β-氧化关键基因的调控作用，探究心磷脂对线粒体β-氧化的调控机制。本研究将有助于阐明心磷脂调控鱼类线粒体β-氧化的分子机制，推动鱼类线粒体β-氧化调控机制的研究，为缓解鱼体脂肪异常沉积提供新的营养调控策略。

线粒体在鱼类脂肪代谢中发挥重要作用，心磷脂是线粒体特有的磷脂。然而心磷脂如何通过影响线粒体β-氧化等细胞器功能来调控鱼类脂肪代谢尚未见报道。本项目以大黄鱼为研究对象，采用RNA干扰技术抑制心磷脂合成关键酶TAZ和LCLAT1的基因表达，从线粒体β-氧化、过氧化物酶体β-氧化和内质网应激角度阐述心磷脂调控鱼类脂肪代谢的机制；同时结合养殖实验，探究心磷脂合成关键基因在缓解肝脂沉积中的作用。研究发现，大黄鱼心磷脂合成关键酶TAZ和LCLAT1的氨基酸序列同源性与大菱鲆的相似度最高；taz基因表达被抑制后，心磷脂和磷脂酰胆碱含量降低，线粒体β-氧化和新生下降，过氧化物酶体β-氧化相关基因表达下调，内质网应激反应增强，导致肝细胞脂肪沉积增加，但磷脂合成和过氧化物酶体新生相关基因表达补偿性增加；而lclat1基因被抑制后，心磷脂和磷脂酰胆碱含量增加，心磷脂和磷脂合成基因表达上调，线粒体和过氧化物酶体的β-氧化和新生提高，但内质网应激反应反应减弱，进而降低肝细胞脂肪沉积；功能性添加剂L-肉碱和胆碱可通过激活心磷脂合成关键基因crls1和taz的表达，抑制lclat1的基因表达，并促进线粒体和过氧化物酶体β-氧化和新生，抑制内质网应激反应，来发挥降肝脂作用。可见，鱼类中TAZ对心磷脂合成和线粒体功能有正向调控功能，而LCLAT1对心磷脂合成和线粒体功能有负向调控作用，两者的调控功能不同；心磷脂通过影响线粒体β-氧化可调控其它细胞器功能。本项目将促进心磷脂在鱼类营养学的研究进展，为线粒体β-氧化调控提供新的研究思路，并有助于从多细胞器功能角度探究鱼类肝脂异常沉积的发生机制和营养调控策略。